Kako rade brušeni motori? Objašnjenje komutatora, četkica i krivulje momenta

Kratak odgovor: struja zavojnice mijenja se kako se okreće

A brušeni motor ima dva magnetna dijela i jedan rotirajući prekidač. Polje je stacionarno, stvaraju ga trajni magneti u kućištu ili poseban namot polja. Radni svici nalaze se u armaturi, omotani oko željezne jezgre koja je pričvršćena na osovinu i slobodno se vrti.

Istosmjerna struja dopire do tih zavojnica kroz četkice. Svaka četka pritišće komutator, cilindar izoliranih bakrenih segmenata. Struja ulazi preko pozitivne četkice, prelazi u segment ispod nje, putuje kroz jedan armaturni svitak i izlazi kroz suprotni segment i četkicu. Budući da taj svitak sada nosi struju unutar magnetskog polja, svaka njegova strana osjeća silu pod pravim kutom i na polje i na struju, a dvije sile djeluju na suprotnim stranama osovine. Armatura se okreće.

Kvaka je u tome što bi se zavojnica s fiksnom strujom okrenula u poravnanje s poljem i tu se zaustavila. Komutator to sprječava. Kako se armatura okreće, svaka četkica klizi od jednog segmenta do sljedećeg, mijenjajući struju u toj zavojnici dok prelazi neutralnu ravninu. Polaritet zavojnice se mijenja, tako da sila nastavlja gurati rotor na isti način. Za svaki svitak, taj se preokret događa dva puta po okretaju, a vrijeme je postavljeno samo geometrijom: širinom segmenta, širinom četkice i položajem četkice.

Što svaki dio radi i koji simptom upućuje na njega

Kada brušeni motor slabije radi, greška se obično nalazi na jednom od pet mjesta, a svako ostavlja drugačiji otisak.

Kontaktna površina je važna koliko i sami dijelovi. Tanak, ravnomjeran, tamni sloj na komutatoru nastavlja lagano svijetliti; svijetli suhi bakar obično znači da je vrsta četkice previše abrazivna ili da motor dugo radi preslabo.

Zašto se struja preokreće dvaput po revoluciji

1. Struja napajanja ulazi kroz pozitivnu četkicu iu segment komutatora koji je dodiruje.
2. Taj segment usmjerava struju kroz jednu armaturnu zavojnicu, koja postaje elektromagnet sa sjevernim i južnim krajem.
3. Njegov sjeverni kraj se odbija od sjevernog pola statora i privlači južni pol statora, pa se armatura okreće.
4. U neutralnoj ravnini četkica prelazi izolirani razmak između segmenata, a struja do te zavojnice se nakratko prekida.
5. Sljedeći segment preuzima, a smjer struje kroz zavojnicu sada je obrnut.
6. Polovi zavojnice su se zamijenili, tako da sila nastavlja gurati u istom smjeru rotacije umjesto da koči osovinu.

Brušeni motor je rotirajući prekidač oko kojeg je pričvršćen magnet. Prašina četke, vijek trajanja četke, radiofrekvencijski šum i praktična gornja granica brzine sve to dolazi od tog prekidača, kao i niske cijene.

Četvrti korak je ono gdje idu inženjerski napori. Tijekom kratkog prekida, induktivitet zavojnice pokušava održati struju, a ta energija mora negdje otići: mali luk na četkici, malo topline ili skok napona koji apsorbira potisni kondenzator. Razina četke, pritisak opruge i razmak između segmenata odabrani su kako bi luk bio dovoljno mali da preživi tisuće sati.

Brzina, moment i povratni EMF: Ispravno čitanje brojeva

Zavojnica koja se vrti unutar magnetskog polja također je generator. Napon koji proizvodi suprotstavlja se opskrbi i naziva se povratni EMF, a raste s brzinom. Aritmetiku je lako vidjeti.

Uzmite brušeni motor od 12 V s otporom armature od 1,2 ohma. U trenutku kada se sklopka zatvori, rotor miruje, povratni EMF je nula, a namot može povući oko 10 A. Djelić sekunde kasnije, pri brzini od blizu 3000 okretaja u minuti, povratni EMF je možda porastao na otprilike 10,5 V, ostavljajući samo 1,5 V preko otpora, ili oko 1,25 A. Startna struja i radna struja su različite veličine, a opskrba veličine samo na radnoj slici će posmeđiti na svaki početak.

• Brzina slobodnog hoda mjeri se bez ičega na vratilu; brzina navedena na stranici kataloga obično je vrijednost pri nazivnom opterećenju, što je niže.
• Tolerancije su stvarne. Prozor od plus ili minus 10 posto pri brzini bez opterećenja je normalan i mijenja protok zraka, struju i buku u gotovom uređaju.
• Zakretni moment zastoja je najveća brojka za najviše nekoliko sekundi. Korisno je za dimenzioniranje osigurača, a ne za opisivanje kontinuiranog rada.

Gdje brušeni motori još uvijek pobjeđuju u dizajnu uređaja

Komutacija bez elektronike stječe određeni skup prednosti, a one su i dalje važne u proizvodima koji su troškovno osjetljivi:

• Najniži jedinični trošak po vatu snage osovine, osobito između 5 W i 150 W.
• Pouzdan startni moment; motor jako vuče od nulte brzine bez kontrolera.
• Kontrola brzine s jednim PWM stupnjem, serijskim otpornikom ili varijabilnim napajanjem.
• Promjena smjera zamjenom dva izvoda.
• Graciozno ponašanje dok napon baterije opada.

Ta kombinacija zadržava brušene motore u ventilatorima za hlađenje stolnih računala, hlađenjima zraka isparavanjem, malim grijačima s ventilatorima, kuhinjskim aspiratorima vrijednog raspona, vodenim pumpama i dugom popisu automobilske opreme.

Proizvođači uređaja koji uspoređuju pogone za kretanje zraka obično procjenjuju obje vrste prije zaključavanja dizajna. Hladnjaci s prisilnom konvekcijom i stolni ventilatori, na primjer, sada imaju DC alternative koje rade promjenjivom brzinom.

Trošenje četke, toplina i električni šum: Iskreni kompromisi

Životni vijek četke je prva stvar koju treba kvantificirati, jer postavlja obećanje održavanja koje možete dati. Male karbonske četkice u motorima za kućnu upotrebu obično traju između 500 i 2000 radnih sati, a raspon je širok s dobrim razlogom: motor koji se pali i zaustavlja cijeli dan troši se brže od onog koji radi kontinuirano, jer se veliki dio gubitka četkice događa u luku pokretanja.

Toplina je drugi problem. Gubici se pojavljuju u bakru, u željezu i na licu četke, a rotor ima najgori put do vanjskog zraka. Klasa izolacije namota, a ne temperatura kućišta, postavlja stvarnu granicu kontinuiranog rada. Električni šum je treći: svaki luk na čeonoj površini je mali širokopojasni odašiljač, zbog čega se brušeni motori često isporučuju s već ugrađenim kondenzatorima za potiskivanje ili prigušnicama.

Određivanje brušenog motora: Praktični kontrolni popis za kupca

Oba dobavljača mogu navesti "12 V, 3000 okretaja u minuti" i dalje isporučivati motore koji se ponašaju različito u istom uređaju, jer je jedna brojka navedena bez opterećenja, a druga pri određenom momentu. Pismeno zatražite točku opterećenja.

• Nazivni napon, plus raspon koji će aplikacija stvarno vidjeti.
• Broj okretaja u praznom hodu i struja u praznom hodu.
• Brzina, moment i struja u predviđenoj radnoj točki.
• Moment zaustavljanja, s vremenskim ograničenjem koliko dugo se može zadržati.
• Ciljani vijek trajanja četke u satima pri vašem stvarnom radnom ciklusu.
• Kontinuirani ili povremeni rad i očekivani počeci po satu.
• Klasa izolacije i maksimalna temperatura namota.
• Ugrađene komponente za suzbijanje i standard emisije koji zadovoljavaju.
• Promjer osovine, duljina i tolerancija, plus uzorak prirubnice i vijaka.
• Akustična buka u dB(A) na točki opterećenja, na navedenoj udaljenosti.
• Certifikati potrebni na odredišnom tržištu.

Također pomaže rad s a dobavljač malih elektromotora koji se izgrađuje prema crtežu ili uzorku umjesto samo za otpremu kataloških stavki, jer su dva milimetra duljine osovine ili različiti stupanj četke često razlika između motora koji odgovara i onog koji ne odgovara. Kako je komutator i sklop četkica ponaša se pod stvarnim opterećenjem vrijedi pregledati prije potpisivanja crteža.

Četkano ili bez četkica: odabir bez žaljenja

Odluka se obično svodi na radni ciklus i zahtjeve kontrole, a ne na sirove performanse.

Kuhinjska ventilacija jasno pokazuje pomak: kuhinjske nape rade dugo i neredovito i ocjenjuju se prema buci pri maloj brzini, tako da DC pogoni promjenjive brzine zauzimaju sve veći udio na tom tržištu.